多路換向閥節(jié)流槽的等效閥口通流面積研究

王海榮 崔厚梅 董妍 張彭

摘 要 本文根據(jù)近年國內(nèi)學(xué)者的研究成果和多年設(shè)計經(jīng)驗，針對多路換向閥節(jié)流槽的節(jié)流特性提出“等效閥口通流面積”的概念，給出了繪制“等效閥口通流面積”曲線的方法，為設(shè)計工作提供方便，同時對工程機(jī)械主機(jī)動作的精確預(yù)測具有重要的理論意義和實用價值。

關(guān)鍵詞 多路換向閥 節(jié)流槽 等效閥口通流面積

多路換向閥是工程機(jī)械重要的基礎(chǔ)核心零部件，它將兩個以上的換向閥和若干輔助裝置集成在一起，節(jié)約了工程機(jī)械主機(jī)液壓閥的管路連接長度和安裝空間，使液壓閥的結(jié)構(gòu)更加緊湊、主機(jī)操作更加方便，因此在各類工程機(jī)械上得到了廣泛應(yīng)用。然而當(dāng)前，高端多路換向閥的制造技術(shù)卻都掌握在Rexroth、Bucher、Hawe、Husco、Sauer等國際少數(shù)幾個國家的液壓元件制造商手中，我國的高端多路換向閥市場仍然被這些國家的制造商所占據(jù)。

現(xiàn)階段，我國企業(yè)主要立足于仿制國外的多路閥產(chǎn)品，在設(shè)計水平上與國外企業(yè)相比存在一定差距。以挖掘機(jī)多路閥的閥芯節(jié)流槽設(shè)計為例：德國Bosch Rexroth公司的設(shè)計理念和研制方案較為完備，通常采用現(xiàn)場調(diào)試的方法，針對不同型號的挖掘機(jī)預(yù)制多路閥閥芯，通過試驗測試回路中的壓力、流量等參數(shù)，分析節(jié)流槽需要作何改進(jìn)，經(jīng)過多次修改、再調(diào)試直到滿足工況要求。[1]而我國企業(yè)的設(shè)計理念與之相比則較為簡單粗糙，多采用嘗試法平行設(shè)計，即先模仿或根據(jù)經(jīng)驗采用某一型式、尺寸的節(jié)流槽，在主機(jī)裝配后能滿足功能需求則不做任何修改；不能滿足功能需求則拆下閥芯進(jìn)行形狀、尺寸改進(jìn)，每改進(jìn)一次，裝配主機(jī)調(diào)試，直至滿足功能需求為止，其間缺少對關(guān)鍵參數(shù)特性的系統(tǒng)整理。由此可見，我國企業(yè)對多路閥閥口節(jié)流特性的掌握并不細(xì)致，尚缺乏“最優(yōu)設(shè)計”的理念和依據(jù)。

本文根據(jù)近年國內(nèi)學(xué)者的研究成果和多年設(shè)計經(jīng)驗，針對多路換向閥節(jié)流槽的節(jié)流特性提出“等效閥口通流面積”的概念，給出了繪制“等效閥口通流面積”曲線的方法，在多路閥的實際設(shè)計過程中，所提方法可以縮短企業(yè)對多路閥閥芯節(jié)流槽尺寸的設(shè)計周期，提高設(shè)計效率。

1 設(shè)計的理論依據(jù)

由伯努利流量方程，流經(jīng)節(jié)流口的流量Q與節(jié)流口兩端壓差△p存在下述關(guān)系：

（1）

其中：Cd是流量系數(shù)，它是表征節(jié)流口液阻特性的綜合參數(shù)；AT是節(jié)流口通流面積，是流體的密度。對于多路換向閥滑閥的閥芯而言，其上節(jié)流槽等同于節(jié)流口，由于工程機(jī)械主機(jī)的工作性能主要由節(jié)流槽的液流特性決定，因此，式（1）就成為對閥芯節(jié)流槽設(shè)計的主要理論依據(jù)。

式（1）中，是個常數(shù)；△p 是節(jié)流槽兩端的壓差，一般可根據(jù)實際工況推算和測量出，故對節(jié)流槽設(shè)計的難點就歸結(jié)在確定節(jié)流槽的Cd和AT上。對于Cd，它與節(jié)流槽的型式、截面幾何尺寸、開口大小、液流方向等相關(guān)，在常規(guī)設(shè)計計算時，業(yè)界常將其視為常數(shù)。對于AT，則由節(jié)流槽的幾何形狀尺寸決定。為了精確計算AT，國內(nèi)許多學(xué)者在國外技術(shù)資料保密的情況下開展了自主研究。目前，國內(nèi)學(xué)界普遍認(rèn)同的等截面和漸擴(kuò)型節(jié)流槽閥口面積的計算原則是以CFD軟件模擬閥口壓力特性分析后得出的，計算原則如下（以U型節(jié)流槽和V型節(jié)流槽為例）。

要說明的是，圖5所示曲線會隨著節(jié)流槽的幾何尺寸不同而不同。設(shè)計人員需將常用型式、常用尺寸的節(jié)流槽等效閥口通流面積曲線做成技術(shù)資料手冊，以方便設(shè)計時快速查取。

3 小結(jié)

在多路閥的傳統(tǒng)設(shè)計和閥口性能計算中，設(shè)計者常常將流量系數(shù)常值化處理，這樣會給設(shè)計計算帶來較大誤差；而使用“等效閥口通流面積”可以綜合體現(xiàn)流量系數(shù)與閥口面積的變化規(guī)律，給設(shè)計工作提供方便，這對于工程機(jī)械主機(jī)動作的精確預(yù)測具有重要的理論意義和實用價值。

參考文獻(xiàn)

[1] 王曉娟.小型液壓挖掘機(jī)多路閥閥芯節(jié)流槽研究及應(yīng)用[D].西南交通大學(xué)，2011.

[2] 王東升.節(jié)流槽滑閥閥口流量系數(shù)及穩(wěn)態(tài)液動力計算的研究[D].蘭州理工大學(xué)，2008.

[3] 冀宏，張繼環(huán)，王東升，張瑋，劉小平.滑閥矩形節(jié)流槽閥口的流量系數(shù)[J].蘭州理工大學(xué)學(xué)報，2010.36（03）：47-50.